Översikt över de olika sirtuin/NAD + vägar i modellorganismer, inklusive däggdjur, fruktflugor (Drosophila melanogaster), nematoder (Caenorhabditis elegans) och jäst (Saccharomyces cerevisiae). Pilar indikerar de regioner i cellen där sirtuinaktivitet har beskrivits i varje organism. Kredit:Molecular Biology and Evolution (2022). DOI:10.1093/molbev/msac192
Djur på de tidiga grenarna av livets träd, som maneter och havssvampar, trotsar de vanliga åldringskonventionerna. Vissa visar förmåga att regenerera skadade eller saknade vävnader, stoppa eller vända åldrande, och i fallet med minst en manetart visar en form av "odödlighet". En ny studie från forskare vid University of California, Davis och Harvard Medical School tar en detaljerad titt på en grupp proteiner som kallas sirtuiner, kopplade till skydd mot cellskador och åldrande, hos dessa djur och i resten av djurriket. Verket publicerades den 6 september i Molecular Biology and Evolution .
David Gold, biträdande professor vid institutionen för jord- och planetvetenskap, UC Davis College of Letters and Science; och David Sinclair, Harvard Medical School, satte sig för att rekonstruera utvecklingen av sirtuiner med särskild uppmärksamhet på de understuderade djuren på livets tidiga grenar.
"Det stora uttaget är att det förekom en utstrålning av sirtuiner tidigt i djurens evolution, med en betydande mängd förluster över tid. Om man bara tittar på modellorganismer (d.v.s. jäst, spolmaskar, fruktflugor, däggdjur) verkar det som om antalet av sirtuiner har ökat under evolutionär tid. Men vi beskriver flera sirtuiner som inte har erkänts tidigare, som främst finns i tidiga förgrenade djur som maneter, havsanemoner och havssvampar," sa Gold.
Sinclairs laboratorium hjälpte ursprungligen till att upptäcka sambandet mellan sirtuin och åldrande i jäst och sambandet mellan sirtuinproteiner och livslängd hos däggdjur.
"En av mina specialiteter är att rekonstruera utvecklingen av genfamiljer över långa tidsskalor. Så jag föreslog att vi skulle undersöka fördelningen av sirtuiner i tidiga djur för att se om det finns någon korrelation mellan sirtuinkopior och deras ovanliga livslängd," sa Gold.
Över 15 000 sirtuinproteiner har identifierats i mer än 6 000 arter av levande varelser. Sirtuiner är involverade i metabolismen av nikotinamidadenosin-dinukleotid, eller NAD, som spelar en central roll i energimetabolism, DNA-reparation och andra vitala processer inuti celler. Sirtuins och NAD är involverade i två huvudvägar, som var och en involverar ett annat protein, NAMPT eller PNC1. NAMPT-vägar finns i däggdjur och bakterier, medan PNC1 finns i fruktflugor, jäst och rundmaskar. Utöver detta har de flesta eukaryoter flera versioner av sirtuin.
Sirtuiner dyker upp tidigt i evolutionen
Eftersom de är så viktiga måste sirtuiner, NAMPT och PNC1 ha dykt upp mycket tidigt i livets utveckling. Men sedan dess har de gått igenom många förändringar och variationer i livets olika grenar.
Gold och Sinclair sökte efter proteiner av sirtuin-typ från olika djur i offentliga databaser och satte ihop dem på ett evolutionärt träd. De fokuserade på de tidiga förgrenade djuren:Porifera (havssvampar), Ctenophora (kamgeléer), Placozoa (amöbaliknande djur) och Cnidaria (havsanemoner, koraller, maneter och hydror).
Forskarna upptäckte flera nya sirtuiner, mestadels i de tidiga förgrenade djuren. Den sista gemensamma förfadern av alla djur hade minst nio sirtuiner, fann de. Sedan den avlägsna tiden har det funnits ett komplext mönster av vinst och förlust. Nya sirtuingener bildades från dupliceringar av gamla. Vissa familjer av proteiner försvann i en djurlinje men behölls i andra till våra dagar.
De första djuren hade gener för både NAMPT och PNC1, men dessa har upprepade gånger försvunnit från linjer. Det verkar inte finnas något tydligt mönster för varför en modern grupp av djur förlorade eller behöll heller, eller varför den har vissa sirtuinproteinfamiljer men inte andra, sa Gold. Det verkar inte heller finnas en direkt koppling mellan en viss sirtuinfamilj och livslängd, sa han. Upptäckten av extra sirtuingener i tidiga förgrenade djur är dock spännande och kan spela en nyckelroll i deras livslängd och unika livshistoria strategier.
"Vi vet inte vad sambandet är mellan dessa extra kopior av sirtuin-genen och de ovanliga livshistorierna för tidiga förgrenade djur. Det är nästa steg," sa Gold. + Utforska vidare
